冰蓄冷空調系統研究

張悅

（天津市房產供熱公司，天津 300000）

冰蓄冷空調系統具有移峰填谷、均衡用電負荷、提高電力建設投資效益等優點,但這種宏觀經濟效益是就國家的全局利益而言的。若要建設冰蓄冷空調工程,還必須讓建筑業主獲得經濟效益。設計人員應根據建筑物的使用功能要求、建筑物的冷負荷特性、當地的電價政策、對冰蓄冷裝置與主機的選配及控制策略、與控制模式的組合等方面進行多種方案的經濟比較與優化分析,得出科學的、實事求是的結論。

1 冰蓄冷空調系統原理及主要特點

1.1 冰蓄冷技術，即是在電力負荷很低的夜間用電低谷期，采用制冷機制冷，利用冰蓄冷介質的顯熱或者潛熱特性，用一定方式將冷量存儲起來。在電力負荷較高的白天，也就是用電高峰期，把儲存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調或生產工藝的需要。

1.2 冰蓄冷空調系統具有以下主要特點:(1)降低空調系統的運行費用。(2)制冷機組的容量小于常規空調系統,空調系統相應的冷卻塔、水泵、輸變電系統容量減少。(3)在某些常規空調系統配上冰設備,可以提高30%~50%的供冷能力。(4)可以作為穩定的冷源供應,提高空調系統的運行可靠性。(5)制冷設備大多處于滿負荷的運行狀況,減少開停機次數,延長設備壽命。(6)對電網進行削峰填谷,提高于電網運行穩定性、經濟性,降低發電裝機容量。(7)減少發電廠對環境的污染。

1.3 冰蓄冷系統的主要優點有：（1）轉移制冷機組用電時間，起到了轉移電力高峰期用電負荷的作用；（2）冰蓄冷系統的制冷設備容量和裝設供率小于常規空調系統；（3）冰蓄冷系統的運行費用由于電力部門實施峰、谷分時電價政策，比常規空調系統要低，分時電價差值越大，得益越大；（4）冰蓄冷系統中制冷設備滿負荷運行的比例增大，狀態穩定，提高了設備利用率。

1.4 冰蓄冷系統的主要缺點：是一次性投資比常規空調系統要高。如果計入共電增容費及用點集資費等，有可能投資相當或者增加不多。冰蓄冷技術是利用峰谷電價的差別將用電高峰時的空調負荷轉移到電價較為便宜的夜間，從而節約運行費用，緩解目前“電力不足、電量有余”的狀況。但是，傳統的冰蓄冷空調系統只能節省運行費用而不節能，從能量利用角度來看，實際上是一種耗能系統。要想冰蓄冷技術真正得到推廣，首先要實行峰谷電價政策，繼續拉大峰谷電價差。其次，解決冰蓄冷系統較常規系統的能量損耗和減少增加的初投資問題。

2 系統的組成及制冰方式分類

2.1 系統組成：冰蓄冷空調系統一般由制冷機組、蓄冷設備(或蓄水池)、輔助設備及設備之間的連接、調節控制裝置等組成。冰蓄冷空調系統設計種類多種多樣,無論采用哪種形式,其最終的目的是為建筑物提供一個舒適的環境。另外,系統還應達到能源最佳使用效率,節省運轉電費,為用戶提供一個安全可靠的冰蓄冷空調系統。

2.2 制冰方式分類：根據制冰方式的不同,冰蓄冷可以分為靜態制冰、動態制冰兩大類。此外還有一些特殊的制冰結冰,冰本身始終處于相對靜止狀態,這一類制冰方式包括冰盤管式、封裝式等多種具體形式。動態制冰方式在制冰過程中有冰晶、冰漿生成,且處于運動狀態。每一種制冰具體形式都有其自身的特點和適用的場合。

3 冰蓄冷空調系統的設計、設備選型

3.1 制冷主機和冰蓄冷裝置容量確定及設備選型

在系統冰蓄冷模式、運行策略及流程安排確定的情況下,設備的選型設計主要是指主機選擇、冰蓄冷槽、附屬設備(如泵及熱置換器)選擇等。在進行冰蓄冷空調設計時,應注意以下一些問題:

3.3.1 蒸發溫度要高。因為冰蓄冷式空調系統在蓄冰時,蒸發溫度每降低1℃,主機平均耗電量要增加3%,制冰的經濟厚度以50mm為宜。

3.3.2 IPF要大。IPF值越大,其熱損失越少,一般IPF在30%以上為可行。

3.3.3 價格要便宜。在6年內能收回投資視為可用,5年內回收應該采用,3年內回收絕對可用。

3.3.4 融冰及結冰速率要快。結冰時速度快,節省電能,融冰速率也要快,以適應負荷的變化。

3.3.5 系統必須安全可靠。維護要簡單方便,最少要有15年以上的壽命期。主機要能直接提供冷量,其COP值不能低于2.6。

3.3.6 合理確定制冷機組、冰蓄冷設備和末端裝置的容量大小制冷機組、冰蓄冷設備及末端裝置三者之間的輸入輸出特性是相互影響的,確定制冷機組、冰蓄冷設備和末端裝置的容量大小主要取決于最低蓄冷溫度、最高取冷溫度與最高使用溫度(冷凍水)的高低。最低蓄冷溫度值越低,則制冷系統的蒸發溫度也越低,不利于制冷機組的運行,同時機組的耗電率也越高;最高取冷溫度越高,蓄冷設備容量越小,但使用溫度越高,所需末端裝置的換熱效果則越差。

4 評價標準

常規空調的主要評價標準為是否達到國標規定的空調設計參數要求,即所謂的空調“四度”(溫度、濕度、氣流速度、空氣潔凈度)要求。而冰蓄冷空調的評價標準除了要滿足以上要求外,還要考慮:①是否達到預定的轉移尖峰用電負荷目標;②全年運行費用是否超過常規空調系統;③全年運行電費是否超過常規空調系統。因此,要根據實際情況,綜合考慮其經濟性,這樣在系統運行過程中才能盡量減少不經濟現象的發生。

5 冰蓄冷空調變風量系統調節特性

變風量空調系統(VAV系統)是隨著室內顯熱負荷的變化,由末端裝置改變送風量來調節室溫。與定風量空調系統相比,VAV系統不需要(或很少需要)末端再熱,而且避免(或減少)了由冷熱量抵消而引起的能量損失。在蓄冷空調系統中,采用變風量調節具有一定的節能效果。

5.1 室內負荷變化時的運行調節

VAV系統使用的末端裝置不同,其運行調節方法也不同。當室內顯熱負荷變化時,根據室內溫度調節器的指令,節流型末端裝置改變節流閥通道斷面積來調節送風量;旁通型末端裝置使末端裝置的調節閥門動作來調節送入室內的風量;誘導型末端裝置是在一定的一次風量下,調節二次風閥門,改變二次風量來保持要求的室溫。

5.2 全年運行調節

根據不同的室內負荷變化情況,VAV系統有3種全年運行調節方法。

5.2.1 全年各房間有恒定冷負荷,且變化較小。可以采用無末端再熱的VAV系統全年送冷風,由室內溫度調節器調節送風量,風量隨冷負荷的減少而減少。

5.2.2 全年各房間無恒定冷負荷,且變化較大可以采用有末端再熱的VAV系統,全年送冷風。由于室內的冷負荷變化大,因此,當室內送風量隨冷負荷的減少而已減至最小值時,就需要使用末端再熱器加熱空氣,向室內補充熱量來保持室溫不變。

5.2.3 各房間夏季有冷負荷,冬季有熱負荷

可以采用有供冷和供熱季節轉換的VAV系統。夏季運行時,隨著室內冷負荷的減少,先減少送風量,當減至最小送風量時,風量不再減少,而開始利用末端再熱以補償室內冷負荷的減少。

6 冰蓄冷技術的發展方向

冰蓄冷技術作為一種電力調荷方式已引起了人們的高度重視,許多國家和研究機構都在積極進行研究開發,主要表現在如下幾個方面:

6.1 建立區域冰蓄冷空調供冷站

已經證明,區域供冷或供熱系統對節能較為有利。相比單個供冷站而言,區域供冷不僅可以節約大量投資和運行費用,而且減少了電力消耗及環境污染。

6.2 建立與冰蓄冷相結合的低溫送風空調系統

冰蓄冷低溫系統具有優越的經濟特性。如推行冰蓄冷空調配合低溫送風,將大大降低能耗,提高COP值,使資比常規空調更節省,進而提高了蓄冷空調系統的整體競爭力。

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